【摘 要】
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在紧急救援中,利用四旋翼无人机的自主飞行功能,可高效低成本地向救援现场运送物资。受限于飞行器控制精度、能耗等因素,四旋翼无人机一直没能在救援任务中得到广泛的应用。
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在紧急救援中,利用四旋翼无人机的自主飞行功能,可高效低成本地向救援现场运送物资。受限于飞行器控制精度、能耗等因素,四旋翼无人机一直没能在救援任务中得到广泛的应用。近几年,随着科技的发展和进步,四旋翼无人机综合了控制、传感器、电子信息、定位技术,在整机结构及材料、重量及制造工艺等方面有了很大的提升,使四旋翼无人机在急救物资运输领域的应用成为可能。本文主要对小型四旋翼无人机进行一些研究,以期对其在未来实际应用提供一些帮助。所做的研究工作和完成结果总结如下:(1)本文分析了四旋翼无人机的研究成果及文献资料,介绍了四旋翼无人机的“进化史”以及国内外研究现状。阐述了小型无人机的核心技术以及现阶段的技术瓶颈。(2)根据四旋翼无人机六个自由度姿态的运行原理,分析了动力装置的受力情况,建立了飞行器的动力系统模型。结合飞行姿态解算理论,分别阐述了基于欧拉角算法和四元数算法的姿态解算模型。(3)本文根据四旋翼无人机应用需求和机械结构,并结合飞行器控制原理,设计了飞行器控制硬件系统,选择飞行器架构并完成了整个飞行器样机的搭建。(4)鉴于四旋翼无人机姿态采集模块的误差,提出基于非线性互补滤波器的姿态估计算法。对比EKF(扩展卡尔曼滤波器)滤波算法,该算法不仅在运行速度上有优势,而且更易于在飞控微处理器上实现。(5)根据飞行器动力学模型和姿态估计算法,分别提出了基于PID、PID-PI嵌套控制算法和反演的滑模控制算法,并对各算法的控制效果进行了对比分析。最后,本文进行了飞行器各个姿态的试飞以及定高悬停测试。
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